光電子技術(shù)課件：等離子體顯示

1、光電子技術(shù)學(xué)課件之十八： 等離子體顯示 制作者：16.3 等離子體顯示 一、什么是等離子體? 所謂等離子體就是被激發(fā)電離氣體，達(dá)到一定的電離度，氣體處于導(dǎo)電狀態(tài)，這種狀態(tài)的電離氣體就表現(xiàn)出集體行為，即電離氣體中每一帶電粒子的運(yùn)動(dòng)都會(huì)影響到其周圍帶電粒子，同時(shí)也受到其他帶電粒子的約束。由于電離氣體整體行為表現(xiàn)出電中性，也就是電離氣體內(nèi)正負(fù)電荷數(shù)相等，稱這種氣體狀態(tài)為等離子體態(tài)。由于它的獨(dú)特行為與固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)都截然不同，故稱之為物質(zhì)第四態(tài)。 2固體 冰液體 水氣體 水汽等離子體 電離氣體溫度00C1000C100000C3 看似“神秘”的等離子體，其實(shí)是宇宙中一種常見的物質(zhì)，在太陽(yáng)、恒星、閃電

2、中都存在等離子體，它占了整個(gè)宇宙的99。 等離子體可分為兩種：高溫和低溫等離子體。 等離子體是一種很好的導(dǎo)電體，可以利用電場(chǎng)和磁場(chǎng)產(chǎn)生來(lái)控制等離子體。等離子體物理的發(fā)展為材料、能源、信息、環(huán)境空間科學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展提新的技術(shù)和工藝。 4 低溫等離子體物理與技術(shù)經(jīng)歷了一個(gè)由60年代初的空間等離子體研究向80年代和90年代以材料為導(dǎo)向研究領(lǐng)域的大轉(zhuǎn)變，高速發(fā)展的微電子科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、能源與材料科學(xué)等，為低溫等離子體科學(xué)發(fā)展帶來(lái)了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。 現(xiàn)在低溫等離子體廣泛運(yùn)用于多種生產(chǎn)領(lǐng)域。例如：等離子電視，嬰兒尿布表面防水涂層，增加啤酒瓶阻隔性。更重要的是在電腦芯片中的蝕刻運(yùn)用，讓網(wǎng)絡(luò)時(shí)代成為現(xiàn)實(shí)。 5

3、二、 等離子顯示的原理 等離子體顯示器(Plasma Display Panel)縮寫為PDP。 等離子體顯示器的工作原理與一般日光燈原理相似，它在顯示平面上安裝數(shù)以十萬(wàn)計(jì)的等離子管作為發(fā)光體（象素）。每個(gè)發(fā)光管有兩個(gè)玻璃電極、內(nèi)部充滿氦、氖等惰性氣體，其中一個(gè)玻璃電極上涂有三原色熒光粉。當(dāng)兩個(gè)電極間加上高電壓時(shí)，引發(fā)惰性氣體放電，產(chǎn)生等離子體。等離子產(chǎn)生的紫外線激發(fā)涂有熒光粉的電極而發(fā)出不同分量的由三原色混合的可見光。每個(gè)等離子體發(fā)光管就是我們所說的等離子體顯示器的像素，我們看到的畫面就是由這些等離子體發(fā)光管形成的“光點(diǎn)”匯集而成的。等離子體技術(shù)同其它顯示方式相比存在明顯的差別，在結(jié)構(gòu)和組成

4、方面領(lǐng)先一步。6 在技術(shù)性能上，由于PDP屏中發(fā)光的等離子管在平面中均勻分布，這樣顯示圖像的中心和邊緣完全一致，不會(huì)出現(xiàn)扭曲現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的純平面。由于其顯示過程中沒有電子束運(yùn)動(dòng)，不需借助電磁場(chǎng)進(jìn)行偏轉(zhuǎn)，因此外界的電磁場(chǎng)也不會(huì)對(duì)其產(chǎn)生干擾，適于不同環(huán)境條件下使用。 簡(jiǎn)單地說，PDP是在兩片玻璃板之間注入電壓，產(chǎn)生氣體及肉眼看不到的紫外線使熒光粉發(fā)光，利用這個(gè)原理呈現(xiàn)畫面。因其可以掛在墻上，故又稱壁掛式電視。 71、交流等離子顯示板（ACPDP，1966，美國(guó)） 放電氣體與電極由透明介質(zhì)層相隔離，隔離層為串聯(lián)電容作限流之用，放電因受該電容的隔直通交作用，需用交變脈沖電壓驅(qū)動(dòng)，為此無(wú)固定的

5、陰極和陽(yáng)極之分，發(fā)光位于兩電極表面，且為交替呈脈沖式發(fā)光。ACPDP因其光電和環(huán)境性能優(yōu)異，是PDP技術(shù)的主流。 PDP的分類：8 2、直流等離子體顯示板 （DCPDP，1968，荷蘭 ）放電氣體與電極直接接觸，電極外部串聯(lián)電阻作限流之用，發(fā)光位于陰極表面，且為與電壓波形一致的連續(xù)發(fā)光。 自掃描等離子體顯示板（SSPDP）屬于DCPDP1970，美國(guó) 。93、SMPDP以金屬蔭罩代替?zhèn)鹘y(tǒng)的絕緣介質(zhì)障壁。具有制作工藝簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)；放電電壓低，亮度高，響應(yīng)頻率快的優(yōu)點(diǎn)。10等離子體顯示具有以下一些特點(diǎn)： （1）等離子體顯示為自發(fā)光型顯示，有較好的發(fā)光效率與亮度。 （2）適于大屏幕、高分

6、辨率顯示。 （3）等離子體顯示單元具有很強(qiáng)的非線性。 （4）存儲(chǔ)特性。 （5）PDP結(jié)構(gòu)上可以采用不透明但電阻低的金屬電極。11 （6）PDP有合適的阻抗特性。 （7）響應(yīng)快。PDP響應(yīng)時(shí)間為數(shù)毫秒，使顯示電視圖像時(shí)更新像素信號(hào)不成問題。 （8）剛性結(jié)構(gòu)，耐振動(dòng)，機(jī)械強(qiáng)度高，壽命長(zhǎng)。 12三、氣體放電基本知識(shí) 平板電極間充有：氖氣(Ne)或氖(Ne)+0.1%氬(Ar)混合氣體。 充電二極管的伏安特性13 曲線AC段屬于非自持放電，在非自持放電時(shí)，參加導(dǎo)電的電子主要是由外界催離作用（如宇宙射線、放射線、光、熱作用）造成的，當(dāng)電壓增加，電流也隨之增加并趨于飽和，C點(diǎn)之前稱為暗放電區(qū)，放電氣體不發(fā)

7、光。 隨著電壓增加，到達(dá)C點(diǎn)后，放電變?yōu)樽猿址烹?，氣體被擊穿，電壓迅速下降，變成穩(wěn)定的自持放電（圖中EF段），EF段被稱為正常輝光放電區(qū)，放電在C點(diǎn)開始發(fā)光，不穩(wěn)定的CD段是欠正常的輝光放電區(qū)，C點(diǎn)電壓Vf，稱為擊穿電壓或著火電壓、起輝電壓，EF段對(duì)應(yīng)的電壓VS稱為放電維持電壓。 14陰極電流密度為常數(shù)是正常輝光放電的特點(diǎn)。 當(dāng)放電電流更大時(shí)進(jìn)入異常輝光放電FG段，這時(shí)放電單元阻抗變大。 當(dāng)電流進(jìn)一步增大，放電進(jìn)入弧光放電后，在H點(diǎn)曲線變得平坦，壓降小、電流大是弧光放電的特點(diǎn)。 實(shí)際的顯示器件必須應(yīng)用在正常或異常輝光放電區(qū)，這個(gè)區(qū)域放電穩(wěn)定、功耗小。 15三個(gè)狀態(tài)：熄火態(tài)、過渡態(tài)和著火態(tài)。 氖

8、氣產(chǎn)生的可見光波長(zhǎng)范圍在400-700nm，其中峰值波長(zhǎng)為582 nm的光輻射占整個(gè)光強(qiáng)的35-40%，因此氖氣發(fā)橙紅色光。 16四、單色等離子體顯示 基本結(jié)構(gòu)Ne-Ar混合氣體在一定電壓下產(chǎn)生氣體放電， 發(fā)射出582nm橙色光。17182. 工作原理 19（1）、當(dāng)放電單元的電極加上比著火電壓Vf低的維持電壓VS時(shí)，單元中氣體不會(huì)著火，如在維持電壓間隙加上幅度高于Vf的書寫電壓Vwr，單元將放電發(fā)光，放電形成的電子、離子在電場(chǎng)作用下分別向該瞬時(shí)加有正電壓和負(fù)電壓的電極移動(dòng)，由于電極表面是介質(zhì)，電子、離子不能直接進(jìn)入電極而在介質(zhì)表面累積起來(lái)，形成壁電荷，在外電路中，壁電荷形成與外加電壓極性相反

9、的壁電壓，這時(shí)，放電空腔上的電壓為外加電壓和壁電壓之和。20（2）、此將小于維持電壓，使放電空間電場(chǎng)減弱，致使放電單元在26微秒內(nèi)逐漸停止放電，因介質(zhì)電阻很高，壁電荷會(huì)不衰減地保持下來(lái)，當(dāng)反向的下一個(gè)維持電壓脈沖到來(lái)時(shí)，上一次放電形成的壁電壓與此時(shí)的外加電壓同極性，疊加電壓峰值大于Vf，單元再次著火發(fā)光并在放電腔的兩壁形成與前半周期極性相反的壁電荷，并再次使放電熄滅直到下一個(gè)相反極性的 脈沖的到來(lái)。因此，單元一旦由書寫脈沖電壓引燃，只需要維持電壓脈沖就可維持脈沖放電，這個(gè)特性稱為AC-PDP單元的存儲(chǔ)特性。21 （3）、要使已放電的單元熄滅，只要在下一個(gè)維持電壓脈沖到來(lái)前給單元加一窄幅（脈寬約

10、1微妙 ）的放電脈沖，使單元產(chǎn)生一次微弱放電，將儲(chǔ)留的壁電荷中和，又不形成新的反向壁電荷，單元將中止放電發(fā)光。 （4）、PDP單元雖是脈沖放電，但在一個(gè)周期內(nèi)它發(fā)光兩次，維持電壓脈沖寬度通常510微妙，幅度90100V，主要工作頻率范圍3050kHz，因此光脈沖重復(fù)頻率在數(shù)萬(wàn)次以上，人眼不會(huì)感到閃爍。以上工作方式為AC-PDP的存儲(chǔ)模式。223. AC-PDP的驅(qū)動(dòng) 由驅(qū)動(dòng)電路、顯示控制電路和電源組成。23五、彩色等離子體顯示 24PDP一般采用時(shí)間調(diào)制技術(shù)實(shí)現(xiàn)有灰度層次的圖像顯示?！白訄?chǎng)掃描法” 256.4 電致發(fā)光顯示 電致發(fā)光（Electro luminescence, EL）是將電能直

11、接轉(zhuǎn)換成光能的一種物理現(xiàn)象。電致發(fā)光按激發(fā)過程不同可分為兩大類： 注入電致發(fā)光在半導(dǎo)體PN結(jié)加正偏壓時(shí)產(chǎn)生少數(shù)載流子注入，與多數(shù)載流子復(fù)合發(fā)光 。26 高場(chǎng)電致發(fā)光將發(fā)光材料粉末與介質(zhì)的混合體或單晶薄膜夾持于透明電極板之間，外施電壓，由電場(chǎng)直接激勵(lì)電子與空穴復(fù)合而發(fā)光，高場(chǎng)電致發(fā)光又分交流和直流兩種，如粉末型交流電致發(fā)光與粉末型直流電致發(fā)光。 27一、注入電致發(fā)光顯示 發(fā)光二極管（Light Emitting Diode,簡(jiǎn)稱LED）是注入電致發(fā)光顯示器件的代表。發(fā)光二極管是利用少數(shù)載流子流入PN結(jié)直接將電能轉(zhuǎn)換為光能的半導(dǎo)體發(fā)光元件。 LED構(gòu)造的核心是用磷化鎵或砷化鎵等半導(dǎo)體發(fā)光材料晶片做

12、成的PN結(jié)，晶片的大小約0.30.30.2 mm3 ，晶片外用透明度高和折射率高的材料（一般用環(huán)氧樹脂）包封，樹脂外觀視應(yīng)用要求做成各種形式。也可以在LED的底座上安置兩枚或兩枚以上晶片，各晶片材料不同，發(fā)出不通的色光，當(dāng)各晶片發(fā)不同強(qiáng)度的光時(shí)，它們將產(chǎn)生不同混色，使發(fā)光二極管顯示不同色光。 28二、高場(chǎng)電致發(fā)光顯示 1. 交流薄膜電致發(fā)光顯示（ACTFEL） 292. 交流粉末電致發(fā)光顯示 交流粉末電致發(fā)光板的發(fā)光粉用銅、鋁等激活的硫化鋅（ZnS：CU，AL或ZnS：Pb，CU，AL）與樹脂等透明有機(jī)介質(zhì)混合后，涂布在兩個(gè)電極中間，厚度為10100，電極之一為透明的，這就構(gòu)成了電致發(fā)光板，大量的發(fā)光粉晶體懸浮在絕緣介質(zhì)中，小晶粒線度為幾微米到幾十微米，由于發(fā)光層中介質(zhì)是絕緣的，防止了發(fā)光材料與電極直接接觸，當(dāng)外加電壓后，通過容性電流